陶 鵬,王 鵬,張 艷

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021;2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050051)

不同通信方式對(duì)用電信息采集系統(tǒng)采集成功率的影響分析

陶 鵬1,王 鵬2,張 艷2

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021;2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050051)

概述用電信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成及傳輸方式,從遠(yuǎn)程通信信道和本地通信信道兩方面介紹不同通信方式的特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,分析遠(yuǎn)程信道采用光纖、本地信道采用寬帶載波等通信技術(shù)對(duì)提高用電信息采集成功率的影響,并與現(xiàn)有GPRS、窄帶載波進(jìn)行實(shí)測(cè)比較,討論了提升采集成功率及應(yīng)用效率的最佳方式,并提出了一些工程實(shí)施建議。

光纖;寬帶載波;通信信道;采集成功率

1 概述

為構(gòu)建智能用電服務(wù)體系,實(shí)現(xiàn)營(yíng)銷(xiāo)管理的現(xiàn)代化運(yùn)行和營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)的智能化應(yīng)用,國(guó)家電網(wǎng)公司全面推進(jìn)用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè),目前多個(gè)網(wǎng)省公司已實(shí)現(xiàn)了智能電能表全覆蓋,達(dá)到了“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費(fèi)”的總體目標(biāo)。隨著智能表全覆蓋,采集系統(tǒng)功能的不斷提升,采集系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)于采集終端、智能表、主站間數(shù)據(jù)交互的速度、成功率、數(shù)據(jù)量等提出了更高的要求。

目前,用電信息采集系統(tǒng)主要由主站、采集終端、智能表等組成,用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸分為遠(yuǎn)程信道與本地信道兩部分,其中遠(yuǎn)程信道是指主站與采集終端之間的通信,通信方式為無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)(GPRS、CDMA)、230 MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)、光纖等,其中無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)(GPRS、CDMA)是目前應(yīng)用最廣泛的遠(yuǎn)程通信方式。本地信道是指采集終端與智能電能表之間的通信信道,一般采用一對(duì)多的本地通信解決方案,通信方式主要有RS-485、低壓電力線(xiàn)載波、微功率無(wú)線(xiàn)等方式,其中RS-485總線(xiàn)、低壓電力線(xiàn)載波和微功率無(wú)線(xiàn)是目前應(yīng)用最廣泛的本地通信方式。

2 遠(yuǎn)程通信信道

用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用的遠(yuǎn)程通信信道,又稱(chēng)上行信道,主要包括GPRS、CDMA、230 MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等方式[1]。

2.1 GPRS

在GSM移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程中,GPRS是移動(dòng)業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)相結(jié)合的第一步,也是采用GSM技術(shù)體制的第二代移動(dòng)通信技術(shù)向第三代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。GPRS技術(shù)具有以下特點(diǎn):接口訪(fǎng)問(wèn)簡(jiǎn)單,傳輸速率基本在20～30 kbit/s;資源相對(duì)豐富,覆蓋地域廣;存在連接時(shí)延;傳輸速率相對(duì)較慢。

2.2 CDMA

CDMA是在數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展進(jìn)程中出現(xiàn)的一種無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻通信技術(shù),具有頻譜利用率高、通話(huà)質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉線(xiàn)率低、電磁輻射小等特點(diǎn),可以大量減少投資和降低運(yùn)營(yíng)成本。CDMA技術(shù)具有以下特點(diǎn):傳輸速率約為53.6 kbit/s;網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定,不易受干擾;支持永久在線(xiàn)和終端呼喚;覆蓋地域遜于GPRS;傳輸速率相對(duì)較慢。

2.3 光纖通信

隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展,各級(jí)電力光傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián),電網(wǎng)通信系統(tǒng)的傳輸交換能力、抵御事故能力、業(yè)務(wù)支撐能力、網(wǎng)絡(luò)安全可靠性和運(yùn)行管理水平得到全面提升,相對(duì)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)具有以下特點(diǎn):通信容量大,高于1 Gbit/s;有較強(qiáng)的多業(yè)務(wù)接入能力;組網(wǎng)靈活;設(shè)備的使用壽命長(zhǎng),安全可靠性高;相比無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)施工難度較大、建設(shè)成本高。

3 本地通信信道

用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用的本地通信信道,又稱(chēng)下行信道,主要包括RS 485總線(xiàn)通信、窄帶電力線(xiàn)載波、寬帶電力線(xiàn)載波、微功率無(wú)線(xiàn)通信等[2]。

3.1 窄帶電力線(xiàn)載波通信

電力線(xiàn)載波通信簡(jiǎn)稱(chēng)PLC,是指利用電力線(xiàn)作為通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù),窄帶載波通信頻率范圍為3～500 k Hz。通信速度按低速載波和高速載波,最高通信速率可達(dá)100 kbit/s以上。

主要特點(diǎn):可利用的電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面大,直接接入計(jì)量裝置;不用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)路維護(hù),節(jié)約維護(hù)投資和使用費(fèi)用;配電變壓器的供電范圍與載波通信網(wǎng)絡(luò)域相同,有利于臺(tái)區(qū)線(xiàn)損統(tǒng)計(jì)計(jì)算和臺(tái)區(qū)用戶(hù)檔案管理;利用三相變壓器各相電壓的相位差,能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的相位識(shí)別,從而為調(diào)整三相負(fù)載平衡提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù),但是其傳輸速率較低,也容易受到同頻的電磁干擾。

3.2 寬帶電力線(xiàn)載波通信

寬帶電力載波的總體特點(diǎn)與窄帶載波類(lèi)似,但是其通信頻率范圍為1～50 MHz,通信速率可達(dá)500 Mbit/s以上,該方式的特點(diǎn)是速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸可靠率高、造價(jià)較高。隨著用電信息采集數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性的要求逐漸提高,寬帶載波將更能適應(yīng)現(xiàn)階段的采集數(shù)據(jù)通信要求。

3.3 微功率無(wú)線(xiàn)通信

微功率無(wú)線(xiàn)通信采用頻率調(diào)制方式把信息加載在高頻電磁波上,利用空間傳播來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,具有以下特點(diǎn):不需敷設(shè)專(zhuān)用通信線(xiàn)路;傳輸可靠率高;可以實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)通信速率;通信不受臺(tái)區(qū)供電范圍限制;可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)手持設(shè)備接入,但容易受到環(huán)境干擾及屏蔽。

4 本地、遠(yuǎn)程信道的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況測(cè)試分析

4.1 遠(yuǎn)程信道比較測(cè)試

上行通道采用光纖、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)2種方式,下行通道采用窄帶載波。選取了2個(gè)臺(tái)區(qū),臺(tái)區(qū)1遠(yuǎn)程信道采用光纖通道,共207戶(hù)用戶(hù);臺(tái)區(qū)2遠(yuǎn)程信道采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通道,共241戶(hù)用戶(hù)。2個(gè)臺(tái)區(qū)本地信道均采用窄帶載波。2個(gè)臺(tái)區(qū)均處于同一地區(qū),供電半徑相近,下行通道均為窄帶載波,僅上行通道不同。無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)采取GPRS通信方式,且此處通信良好;光纖經(jīng)測(cè)試通信良好[3]。

4.1.1 日抄表成功率

遠(yuǎn)程信道光纖通道臺(tái)區(qū)抄表成功率見(jiàn)表1。

表1光纖通道臺(tái)區(qū)抄表成功率

實(shí)測(cè)表明2種遠(yuǎn)程信道日均采集成功率差別不大,均能夠滿(mǎn)足相關(guān)應(yīng)用。 4.1.2 直接招測(cè)終端數(shù)據(jù)耗時(shí)分析

通過(guò)用電信息采集系統(tǒng)主站直接向集中器招測(cè),完全通過(guò)上行通道,使用光纖與無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)耗時(shí)的差別見(jiàn)表2。

表2直接招測(cè)終端數(shù)據(jù)耗時(shí)表

從表中可看出,招測(cè)集中器數(shù)據(jù),光纖通道與無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)時(shí)間差別不大。

4.1.3 透抄臺(tái)區(qū)下戶(hù)表耗時(shí)分析

主站通過(guò)集中器透明轉(zhuǎn)發(fā)抄讀集中器下戶(hù)表數(shù)據(jù),通道包括上行通道與載波,詳細(xì)的耗時(shí)見(jiàn)表3。

表3透抄臺(tái)區(qū)下戶(hù)表數(shù)據(jù)耗時(shí)表

表中數(shù)據(jù)表明對(duì)于招測(cè)臺(tái)區(qū)下戶(hù)表數(shù)據(jù),耗時(shí)也相差不大。

從實(shí)測(cè)結(jié)果分析,上行通道采用光纖、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng),對(duì)于日均采集成功率、數(shù)據(jù)招測(cè)、用戶(hù)透抄等沒(méi)有太大的區(qū)別。

4.2 本地信道比較測(cè)試

選擇2個(gè)臺(tái)區(qū),分別為臺(tái)區(qū)3、臺(tái)區(qū)4,臺(tái)區(qū)3遠(yuǎn)程信道采用GPRS,本地信道采用窄帶載波,用戶(hù)數(shù)量241;臺(tái)區(qū)4遠(yuǎn)程信道采用GPRS,本地信道采用寬帶載波,用戶(hù)數(shù)量1 233戶(hù)。

4.2.1 日抄表成功率

本地信道光纖通道臺(tái)區(qū)抄表成功率見(jiàn)表4。

表4光纖通道臺(tái)區(qū)抄表成功率

從用戶(hù)規(guī)模,抄表成功率數(shù)據(jù)分析,寬帶載波臺(tái)區(qū)的日均采集成功率明顯高于窄帶載波。

4.2.2 透抄臺(tái)區(qū)下戶(hù)表耗時(shí)分析

本地信道只涉及集中器到表的通信,不做主站到集中器的招測(cè)分析。主站通過(guò)集中器透明轉(zhuǎn)發(fā)抄讀集中器下戶(hù)表數(shù)據(jù),通道包括上行通道與載波,詳細(xì)的耗時(shí)見(jiàn)表5。

表5透抄臺(tái)區(qū)下戶(hù)表數(shù)據(jù)耗時(shí)表

從透抄數(shù)據(jù)分析,使用寬帶載波的臺(tái)區(qū)透抄數(shù)據(jù),時(shí)間不足使用窄帶載波臺(tái)區(qū)的一半,透抄效率大幅提升。

5 結(jié)論及建議

a.隨著采集系統(tǒng)不斷擴(kuò)展,對(duì)于遠(yuǎn)程費(fèi)控、臺(tái)區(qū)線(xiàn)損計(jì)算、低電壓治理、配變平衡分析等越來(lái)越多的業(yè)務(wù)的支撐,對(duì)于采集數(shù)據(jù)的采集速度、數(shù)據(jù)量都提出新的要求。但因采集系統(tǒng)涉及的智能表、采集終端數(shù)量龐大,改造費(fèi)用過(guò)高,很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行全面的升級(jí)改造,可以采取分階段的方式提升設(shè)備運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)采集效率。

b.在現(xiàn)階段,針對(duì)影響采集成功率、數(shù)據(jù)傳輸效率最大的本地信道,可以?xún)?yōu)先考慮將本地信道的窄帶載波更換為寬帶載波,維持遠(yuǎn)程信道不變,一方面不需要開(kāi)展大量的現(xiàn)場(chǎng)施工,另一方面無(wú)需過(guò)多的投入就可以大幅的提升用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集成功率、縮短透抄所用時(shí)間。

c.后期,可以逐步將遠(yuǎn)程信道更換為光纖、4G等更為可靠、數(shù)據(jù)傳輸速度更快、支撐數(shù)據(jù)采集量更大的方式,配合本地信道使用RS 485、寬帶載波等方式,實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)的高頻數(shù)據(jù)采集,以支撐更多的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

[1] 徐 魁,蔣瑀瀛.基于GSM/GPRS通信的抄表系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(17):9496.

[2] 劉 君.電力線(xiàn)寬帶集中抄表和上網(wǎng)一體化系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].電力信息化,2007,5(10):3539.

[3] 熊 華.寬帶用電信息采集系統(tǒng)終端現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)和建議[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(5):108111.

本文責(zé)任編輯:楊秀敏

Various Communication Methods Influence on Acquisition Success Rate About Electric Energy Data Acquisition System

Tao Peng1,Wang Peng2,Zhang Yan2

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Corperation Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050051,China)

The transmittal mode and constitution of electric energy data acquisition system are summarized in,different characteristics of local channel and up channel is introduced.The affection of acquisition success rate based on optical fiber and broadband carrier technology are introduced,compared with traditional GPRS and narrowband carrier.Site test data and project implement suggestion are provided.

optical fiber;broadband carrier;communication channel;acquisition success rate

TM76

:B

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陶 鵬(1979-),男,高級(jí)工程師,主要從事電力電測(cè)計(jì)量工作。